镁铝复合金属氧化物负载贵金属催化剂的制备、表征及其在醇氧化酯化和胺化反应中的应用

摘要

采用共沉淀法合成掺杂贵金属离子的镁铝水滑石前驱体，制备负载贵金属纳米颗粒的镁铝复合金属氧化物催化剂，通过多种表征手段，对这一系列催化剂进行表征，并且研究了所合成催化剂的催化性能。具体研究内容以及结论如下:
　　1.负载Pd纳米颗粒催化剂的制备及表征
　　采用共沉淀法合成掺杂pd2+的镁铝水滑石前驱体，通过焙烧、还原等前处理得到负载Pd纳米颗粒的镁铝复合金属氧化物催化剂(R-Pd-LDO)。运用XRD、XPS、TEM等表征手段对催化剂进行了表征，根据表征结果可知，使用该方法合成了负载型高分散纳米Pd催化剂。
　　2.负载Pd纳米颗粒催化剂的催化性能
　　通过研究催化剂在苯甲醇与苯胺合成N-苄叉苯胺反应中的催化性能，发现R-Pd-LDO催化剂对合成N-苄叉苯胺反应具有优异的催化活性。以R-Pd-LDO为催化剂，考察了不同实验条件（溶剂、反应温度和时间）对该反应的影响，发现合成N-苄叉苯胺的最佳条件是:以甲醇为溶剂，在120℃，N2保护下反应6h，目标产物收率可达到99％以上。考察该催化剂在N-苄叉苯胺合成反应中的稳定性:在最优反应条件下，循环使用4次未见明显失活，R-Pd-LDO表现出良好的稳定性。
　　3.负载AuPd合金纳米颗粒催化剂的制备及表征
　　采用共沉淀法合成掺杂Au3+、pd2+的镁铝水滑石前驱体，通过焙烧等处理制备负载AuPd合金纳米颗粒的镁铝复合金属氧化物催化剂(AuPd-LDOx(x=1，2，3，4，5，6;x表示Mg/Al摩尔质量之比);以及负载单一贵金属纳米颗粒的催化剂(Pd-LDO2，Au-LDO2)。并且采用浸渍法合成掺杂贵金属离子的镁铝水滑石前驱体，通过焙烧等处理制备AuPd-LDO2-im催化剂。运用XRD、TEM、BET等多种表征手段对该系列催化剂进行表征，根据表征结果可知，采用共沉淀法和浸渍法都成功合成了负载AuPd合金纳米颗粒的催化剂;采用共沉淀法制备的催化剂由于镁铝摩尔比例不同，对AuPd合金纳米颗粒的大小、催化剂的酸碱性以及比表面积都有一定影响。
　　4.负载AuPd合金纳米颗粒催化剂的催化性能
　　通过研究上述催化剂在苯甲醇与甲醇选择性氧化合成苯甲酸甲酯反应中的催化性能，发现采用共沉淀法制备的AuPd-LDO2催化剂在该反应中有最优催化活性。以AuPd-LDO2为催化剂，考察了实验条件（反应温度、反应时间、氧气压力等）对合成苯甲酸甲酯反应的影响，发现在该催化体系中合成苯甲酸甲酯的最优反应条件:以甲醇为溶剂，0.5MPaO2，在100℃反应2h，产物收率可达到99％以上。同时对该催化剂的稳定性进行了考察，循环使用8次后，催化活性未见明显下降，催化剂表现出较好的稳定性。此外该催化剂对苯环上含有吸电子基团的芳香醇合成相应甲酯的反应表现出较低催化活性，但是对苯环上含有推电子基团的芳香醇，含有碳碳双键的伯醇以及含有杂原子的伯醇选择性氧化合成相应甲酯反应都具有较好的催化活性。此外，该催化剂体系对苯甲醇与其他烷基醇合成相应酯的反应也有较好的催化活性。